[实用新型]一种锁相环

说明书

技术领域

本实用新型属于相位跟踪技术领域，尤其是一种锁相环。

背景技术

常用的测角度传感器有绝对式光栅编码器、霍尔传感器和旋转变压器。绝对式光栅编码器直接将转轴角度转换成数字信号，应用简单方便，但因环境适应性、价格等因素致使难以广泛应用；霍尔传感器结构简单，但难以达到高精度角度测量要求而受到限制；旋转变压器因结构可靠、实时性好、环境适应性强等优点而广泛应用于高精度伺服系统中。旋转变压器是目前最精确、最可靠的轴位摸拟传感器，广泛用于航空、航天、航海等各种控制系统，例如雷达定向导航、坐标变换、火炮控制、机床控制系统等。

由于旋转变压器输出的是一种交流调制信号，在工业控制过程中，常需要把旋转变压器信号转换成数字角度信号，再提供给计算机数字系统处理。这种转换是基于二阶伺服原理的数字转换电路，即锁环相跟踪系统其核心是鉴相器电路。传统上，旋转变压器输出的摸拟信号由采样保持电路经A/D转换成数字信号再由单片机(或DSP)电路进行反三角函数运算处理确定轴角的数字角度与输出数字角度进行比较鉴相，这种鉴相处理方法，使得整个系统的分辨率、绝对精度都非常低，尤其是跟踪速度非常低，根本无法满足高速高精度应用场合。或者将旋转变压器反馈信号直接送入模数转换器，通过软件解调算法实现转子位置信息的数字转换与输出数字角度进行比较鉴相，这种方法原理简单，但旋转变压器为保证一定测量速度下的精度，其反馈信号频率要求在20kHz以上，对模数转换器的转换速率以及软件解调速率要求更高(通常需要在1MHz)，从而导致器件成本大大增加。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种锁相环，以解决现有锁相环运算量过大，反应较慢的技术缺陷。

为此，本实用新型采用的技术方案如下：

一种锁相环，包括依次连接的鉴相器、低通滤波器和压控振荡器，其输入信号为模拟信号，输出信号为数字信号，所述输出信号由若干权位表示，所述权位与一角度数据集中的角度元素对应，所述权位中至少包含与180°和90°的角度元素对应的第一权位和第二权位，所述输出信号为所述权位中的有效权位对应的角度元素之和；

所述鉴相器包括输入信号转换器、开关选择电路、第一处理模块、第二处理模块和差分电路；

所述开关选择电路的控制端与所述输出信号的第一权位和第二权位连接；

所述输入信号转换器的输出端与所述开关选择电路的输入端连接，所述开关选择器的输出端分别与所述第一处理模块和第二处理模块连接，所述第一处理模块和第二处理模块的输出端分别与所述差分电路的输入端连接；

其中，所述第一处理模块包括第一乘法器、第一数模转换器和第一存储器，所述开关选择器的输出端与所述第一乘法器的一输入端连接；所述第一存储器的地址输入端与所述输出信号的第一权位和第二权位以外的权位连接，输出端与所述第一数模转换器的输入端连接；所述第一数模转换器的输出端与所述第一乘法器的另一输入端连接，所述第一乘法器的输出端与所述差分电路的一输入端连接；

所述第二处理模块包括第二乘法器、第二数模转换器和第二存储器，所述开关选择器的输出端与所述第二乘法器的一输入端连接；所述第二存储器的地址输入端与输出信号的第一权位和第二权位以外的权位连接，输出端与所述第二数模转换器的输入端连接；所述第二数模转换器的输出端与所述第二乘法器的另一输入端连接，所述第二乘法器的输出端与所述差分电路的另一输入端连接。

作为一种优选的技术方案，所述输入信号转换器包括旋转变压器、第一同相器和第一反相器，以及第二同相器和第二反相器，

所述旋转变压器的正弦输出端分别与所述第一同相器和第一反相器的输入端连接，所述第一同相器和第一反相器的输出端分别与所述开关选择电路的输入端连接；

所述旋转变压器的余弦输出端分别与所述第二同相器和第二反相器的输入端连接，所述第二同相器和第二反相器的输出端分别与所述开关选择电路的输入端连接。

作为一种优选的技术方案，所述角度值为0°～90°。

作为一种优选的技术方案，所述角度数据集为首位的角度元素为180°，后一角度元素为其前一角度元素的一半的数列。

作为一种优选的技术方案，所述输出信号的权位为10～16位，其权位按照由高至低分别与所述数列中的角度元素对应。

作为一种优选的技术方案，还包括输出锁存电路，所述第一权位和第二权位通过所述输出锁存电路与所述开关选择电路连接。